DE20010553U1 - Humidifier for a ventilator - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Luftbefeuchter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, der vorzugsweise in Kombination mit einem Beatmungsgerät verwendet wird. Solche Beatmungsgeräte werden in überwiegender Anzahl als CPAP-Geräte zur Therapie der obstruktiven Schlafapnoe eingesetzt. Sie verhindern durch die nasale Einleitung eines kontinuierlichen positiven Atemwegsdrucks (CPAP = Continuous Positive Airway Pressure) über eine Gesichtsmaske ein Kollabieren des Rachengewebes und damit einen Verschluß der Atemwege. Die Atemwege bleiben auch dann aufgerichtet, wenn das Rachengewebes im Tiefschlaf erschlafft, wodurch der Patient frei atmen kann. CPAP-Geräte werden überwiegend im medizinischen Home-Care-Bereich eingesetzt und müssen deshalb durch den Patienten selbst in einem hygienisch einwandfreien Zustand gehalten werden. Der zunehmende Einsatz von Atemluftbefeuchtem durch medizinisch nicht geschulte Personen auch in wärmeren Gegenden der Welt erfordert technische Überlegungen zur Verbesserung der Bauart von Befeuchtern in hygienischer Hinsicht.The invention relates to an air humidifier according to the preamble of claim 1, which is preferably used in combination with a ventilator. Such ventilators are predominantly used as CPAP devices for the treatment of obstructive sleep apnea. By introducing continuous positive airway pressure (CPAP) nasally via a face mask, they prevent the throat tissue from collapsing and thus the airways from closing off. The airways remain open even when the throat tissue relaxes during deep sleep, allowing the patient to breathe freely. CPAP devices are mainly used in the medical home care sector and must therefore be kept in a hygienically perfect condition by the patient themselves. The increasing use of respiratory air humidifiers by people without medical training, even in warmer parts of the world, requires technical considerations to improve the design of humidifiers in terms of hygiene.
CPAP-Beatmungsgeräte bestehen aus einem Gehäuse, das zumeist ein Gebläse und einen Luftanschlußstutzen enthält. Der Stutzen dient zum Anschluß eines Atemschlauches, der das Beatmungsgerät mit der Gesichtsmaske des Patienten verbindet.CPAP ventilators consist of a housing that usually contains a blower and an air connection port. The port is used to connect a breathing tube that connects the ventilator to the patient's face mask.
Zur vorbeugenden Therapie von Schleimhautreizungen in Nase und Rachen infolge von Austrocknung durch die Atemluft, die beim Durchgang durch das Gerät angewärmt und dadurch ein höheres Wasserdampf-Aufnahmevermögen besitzt, werden in Kombination mit Beatmungsgeräten zusätzlich Atemluftbefeuchter verwendet. Diese werden entweder in Form eines Beistellgerätes als externe Befeuchter eingesetzt oder sind als integrierte Befeuchter Teil eines Beatmungsgerätes. Befeuchter werden in jedem Fall in den Luftkanal zwischen Gebläse und Patient zwischengeschaltet. Um zu verhindern, dass die angefeuchtete Atemluft infolge der auftretenden Verdunstungskälte klamm wird, werden Atemluftbefeuchter vorzugsweise beheizbar ausgeführt, wobei mit der eingestellten Heizleistung oder Heiztemperatur der Verdunstungseffekt reguliert werden kann.For the preventive treatment of irritation of the mucous membranes in the nose and throat as a result of drying out caused by the air that is breathed in, which is warmed up as it passes through the device and therefore has a higher capacity to absorb water vapor, respiratory humidifiers are also used in combination with ventilators. These are either used as an additional device as an external humidifier or are part of a ventilator as an integrated humidifier. Humidifiers are always installed in the air duct between the fan and the patient. To prevent the humidified air from becoming clammy as a result of the evaporative cooling that occurs, respiratory humidifiers are preferably designed to be heated, whereby the evaporation effect can be regulated using the set heating output or heating temperature.
Einen solchen Luftbefeuchter zeigen beispielsweise die DE 299 09 611.4 des Anmelders und die EP 535 952 A1 bei denen die komprimierte Atemluft durch einen oberhalb des Wasserspiegels in einem Behälter befindlichen Verdunstungsraum geführt wird und dabei den durch Verdunstung entstandenen Wasserdampf auf ihrem Weg mitnimmt.
Nachteilig bei beiden Luftbefeuchtern ist, daß die Anwärmzeit sehr hoch und der Wirkungsgrad niedrig ist, weil für den Gebrauch die gesamte im Wasserbehälter bevorratete Wassermenge warm sein muss, bis der gewünschte Verdunstungsgrad erreicht wird. Zum Ausgleich der über die Behälterwand an die Umgebung abgegebenen Strahlungs- und Konvektionswärme muß ebenfalls ständig Heizenergie nachgeführt werden, die zur Verdunstung keinen Beitrag liefert. Der Anwender muß lange Vorheizzeiten einplanen, was das Gerät nicht gerade kundenfreundlich macht. Aus hygienischer Sicht sind derartige Luftbefeuchter nachteilig. So bietet die ständige Warmhaltung des gesamten Wasservorrates eine optimale Vermehrungs- und Lebensgrundlage für Bakterien. Eine akute Gefahr kann dann entstehen, wenn der Behälter nicht regelmäßig gereinigt wird und außerdem aus Kostengründen oder aus Nachlässigkeit unabgekochtes Leitungswasser eingefüllt wird.Such an air humidifier is shown, for example, in the applicant's DE 299 09 611.4 and EP 535 952 A1, in which the compressed breathing air is passed through an evaporation chamber located above the water level in a container and takes the water vapor created by evaporation with it on its way.
The disadvantage of both humidifiers is that the warm-up time is very long and the efficiency is low because the entire amount of water stored in the water tank must be warm before the desired level of evaporation is achieved. To compensate for the radiant and convective heat released into the environment via the tank wall, heating energy must also be constantly added, which does not contribute to evaporation. The user must plan for long preheating times, which does not make the device particularly customer-friendly. From a hygienic point of view, such humidifiers are disadvantageous. Keeping the entire water supply warm at all times provides an ideal breeding ground for bacteria. An acute danger can arise if the tank is not cleaned regularly and, for cost reasons or through negligence, unboiled tap water is filled into it.
Zur Begrenzung der Wassermenge im Verdunstungsraum, die bei nicht beheizten Befeuchtern die Abkühlung des gesamten Wasservorrats verhindern hilft und bei beheizbaren Befeuchtern eine kurze Anheizzeit sowie eine Kühlhaltung des Wasservorrats ermöglicht, wird das aus der Tierhaltung bekannte Vogeltränken-Prinzip in verschiedenen Variationen angewendet.To limit the amount of water in the evaporation chamber, which helps prevent the entire water supply from cooling down in unheated humidifiers and enables a short heating-up time and keeping the water supply cool in heated humidifiers, the bird bath principle known from animal husbandry is used in various variations.
Aus der DE 36 27 351 A1 ist ein Atemgasbefeuchter bekannt, der aus einem zylindrischen, durch einen Deckel verschlossenen Gehäusebehälter mit einer äußeren Kammer und einer inneren Kammer besteht. Die äußere Kammer besitzt deckelseitig einen Anschluß für die Luftzufuhr vom Beatmungsgerät und die innere Kammer ebenfalls deckelseitig einen Anschluß für die Luftabfuhr zum Patienten. Beide Kammern sind über tiefliegende Wasserausgleichsöffnungen und über höherliegende Luftausgleichsöffnungen miteinander verbunden. In der inneren Kammer ist ein leicht geöffneter und flaschenförmiger Wasserbehälter auf dem Kopf stehend angeordnet.DE 36 27 351 A1 discloses a respiratory gas humidifier that consists of a cylindrical housing container closed by a lid with an outer chamber and an inner chamber. The outer chamber has a connection on the lid side for the air supply from the ventilator and the inner chamber also has a connection on the lid side for the air discharge to the patient. Both chambers are connected to one another via low-lying water equalization openings and via higher-lying air equalization openings. In the inner chamber, a slightly open and bottle-shaped water container is arranged upside down.
Das Wasser läuft aus einer höhenbegrenzten Wasseraustrittsöffnung aus dem Wasserbehälter aus und damit über den gesamten Boden des Gehäusebehälters. Auf Grund des begrenzten Luftausgleichs zwischen dem Innern des Wasserbehälters und den beiden Kammern steigt das Wasser nur bis in die Höhe der Wasseraustrittsöffnung des Wasserbehälters. Damit wird eine für die Verdunstung günstige große Wasseroberfläche realisiert.The water flows out of the water tank through a water outlet opening at a limited height and thus over the entire bottom of the housing tank. Due to the limited air balance between the inside of the water tank and the two chambers, the water only rises to the height of the water outlet opening of the water tank. This creates a large water surface that is favorable for evaporation.
Der hauptsächliche Nachteil dieses Atemgasbefeuchters besteht darin, daß er keine Heizung besitzt. Sollte dennoch eine Heizvorrichtung zum Einsatz kommen, würde das erwärmte Wasser im Vorratsbehälter eine Zirkulation bewirken. Die Zeitdauer bis zum Entstehen des gewünschten Verdunstungsgrades ist dadurch erhöht. Außerdem erwärmt sich hierdurch der Wasservorrat, was aus hygienischen Gründen nicht wünschenswert ist.The main disadvantage of this respiratory gas humidifier is that it does not have a heater. If a heater were to be used, the heated water in the reservoir would cause circulation. This would increase the time until the desired level of evaporation was achieved. This would also heat up the water reservoir, which is undesirable for hygienic reasons.
Ein marktbekannter Atemluftbefeuchter besteht aus einem hutförmigen Behälter, der durch eine vertikale Trennwand in Verdunstungskammer und Wasserbehälter aufgeteilt ist und unten von einem abgedichtet aufgesetzten Metallboden abgeschlossen ist. Die vertikale Trennwand endet mit ihrer unteren Kante einige Millimeter über dem Metallboden. Dadurch fließt aus dem Wasserbehälter immer nur so viel Wasser in die Verdunstungskammer, bis der Wasserstand in der Verdunstungskammer die untere Kante der Trennwand erreicht. Da in diesem Moment keine Luft mehr in den Wasserbehälter einperlen kann, kann auch kein Wasser mehr aus der Kammer ausfließen. Die Höhe der untere Kante der Trennwand dient auf diese Weise zur Regulation des Wasserstandes in der Verdunstungskammer. Die Verdunstungskammer ist im oberen Bereich für die Zuführung und Ableitung der Atemluft durchbrochen.A well-known respiratory humidifier consists of a hat-shaped container that is divided into an evaporation chamber and a water tank by a vertical partition wall and is sealed at the bottom by a metal base. The lower edge of the vertical partition wall ends a few millimeters above the metal base. This means that only as much water flows from the water tank into the evaporation chamber until the water level in the evaporation chamber reaches the lower edge of the partition wall. Since at this point no more air can bubble into the water tank, no more water can flow out of the chamber. The height of the lower edge of the partition wall is used to regulate the water level in the evaporation chamber. The evaporation chamber is perforated in the upper area to allow the breathing air to enter and exit.
Zum Betrieb wird der Behälter umgedreht und der Wasserbehälter von unten befüllt. Nach Aufsetzen des Metallbodens wird der Behälter wiederum gedreht und mit dem Metallboden auf eine Heizplatte gestellt. Die Atemluft durchströmt die Verdunstungskammer und nimmt auf diesem Weg den entstehenden WasserdampfTo operate, the container is turned over and the water container is filled from below. After putting the metal base on, the container is turned again and placed with the metal base on a heating plate. The breathing air flows through the evaporation chamber and absorbs the water vapor that is produced.
Nachteilig bei diesem Befeuchter ist vor allem, daß die Heizplatte den gesamten Metallboden heizt und somit auch den gesamten Wasservorrat im Wasserbehälter anwärmt. Außerdem zirkuliert das in der Verdunstungskammer erwärmte Wasser ungehindert unter der unteren Kante der Trennwand hindurch nach oben in denThe main disadvantage of this humidifier is that the heating plate heats the entire metal base and thus also heats the entire water supply in the water tank. In addition, the water heated in the evaporation chamber circulates unhindered under the lower edge of the partition wall upwards into the
Wasserbehälter. Dafür strömt direkt über dem Metallboden kaltes Wasser aus dem Wasserbehälter in die Verdunstungskammer. Das Ergebnis ist ein schlechter Wirkungsgrad, eine lange Zeitdauer bis zur vollen Betriebsbereitschaft und eine hygienisch bedenklich hohe Dauertemperatur des Wasservorrats.Water tank. Cold water flows from the water tank directly above the metal floor into the evaporation chamber. The result is poor efficiency, a long time until the system is fully operational and a constant temperature of the water supply that is unhygienically high.
Aus der Offenlegungsschrift 23 47 016 ist ein Luftbefeuchter bekannt, der aus zwei übereinander angeordneten Behältern besteht. Ein oben liegender Wasserbehälter in Form einer umgedrehten Flasche dient der Bevorratung einer Wassermenge. In die unten liegende Verdunstungskammer gelangt das Wasser über ein Fallrohr, das vom tiefstgelegenen Punkt in der umgedrehten Flasche bis in die tiefer gelegenenFrom the publication 23 47 016, a humidifier is known which consists of two containers arranged one above the other. A water container on top in the form of an upside-down bottle serves to store a quantity of water. The water reaches the evaporation chamber below via a downpipe which runs from the lowest point in the upside-down bottle to the lower
no Wasserschichten in der Verdunstungskammer führt. Ein zweites Rohr, ein Belüftungsrohr, reicht vom Wasserspiegel in der unteren Verdunstungskammer bis über den Wasserspiegel im oberen Wasservorratsbehälter hinaus. Das Belüftungsrohr dient somit zur Wasserstandsregulierung in der Verdunstungskammer. Sobald das in die Verdunstungskammer einströmende Wasser die untere Öffnung des Belüftungsrohres erreicht und somit verschließt, ist der weitere Wasserzufluß beendet. Die Verdunstungskammer wird von der Atemluft durchströmt, die auf gegenüberliegend angeordneten Stutzen ein- und ausgeleitet wird und auf diesem Weg den gebildeten Wasserdampf mitnimmt.
Da die untere Öffnung des Fallrohres in tiefer gelegene und somit kältere Wasserschichten in der Verdunstungskammer führt, ist eine Zirkulation erwärmten ( Wassers in den Vorratsbehälter hinein eingeschränkt.no water layers in the evaporation chamber. A second pipe, a ventilation pipe, extends from the water level in the lower evaporation chamber to above the water level in the upper water storage tank. The ventilation pipe is thus used to regulate the water level in the evaporation chamber. As soon as the water flowing into the evaporation chamber reaches the lower opening of the ventilation pipe and thus closes it, the further flow of water is stopped. The evaporation chamber is flowed through by the breathing air, which is fed in and out via nozzles arranged opposite one another and takes the water vapor formed with it.
Since the lower opening of the downpipe leads into deeper and therefore colder water layers in the evaporation chamber, circulation of heated water into the storage tank is restricted.
Nachteilig ist der hydrostatische Druck an der Ausströmöffnung des Fallrohres infolge der hohen Wassersäule. Dadurch entsteht im Belüftunsrohr ein betragsmäßig gleicher Sog, der das Wasser aus der Verdunstungskammer bis in die Höhe des Wasserspiegels im Wasserbehälter hochsaugt In der Folge sammelt sich erwärmtes Wasser im oberen Teil des Belüftungsrohres und gibt seine Wärme durch die Rohrwandung hindurch an den Wasservorrat ab, wodurch dieser sich ebenfalls aufwärmt.
Außerdem halten Sog und Oberflächenspannung von Wasser die ins Belüftungsrohr eingesaugte Wassermenge zunächst auch dann fest, wenn der Wasserspiegel in der Verdunstungskammer durch Verdunsten fällt.
Erst wenn der Abstand zwischen allgemeinem Wasserspiegel in der Verdunstungskammer und unterer Öffnung des Belüftungsrohres eine bestimmteThe disadvantage is the hydrostatic pressure at the outlet opening of the downpipe due to the high water column. This creates a suction of the same magnitude in the ventilation pipe, which sucks the water from the evaporation chamber up to the level of the water level in the water tank. As a result, heated water collects in the upper part of the ventilation pipe and gives off its heat through the pipe wall to the water supply, which also heats it up.
In addition, the suction and surface tension of water initially hold the amount of water sucked into the ventilation pipe even if the water level in the evaporation chamber falls due to evaporation.
Only when the distance between the general water level in the evaporation chamber and the lower opening of the ventilation pipe reaches a certain
Größe übersteigt, löst sich dort der unter Mithilfe der Oberflächenspannung hochgezogene Wasserspiegel ab und ein neuer Nachfüllvorgang setzt ein.size, the water level that has been raised with the help of surface tension dissolves and a new refill process begins.
Eine sichere Funktion dieses Befeuchters ist nur gegeben, wenn der Wasserstand in der Verdunstungskammer ausreichend hoch vorgegeben wird. Anderenfalls besteht die Gefahr, daß schon bei geringer Schräglage des Gerätes kein Wasser in die Verdunstungskammer nachläuft. Dadurch ist auch bei diesem Befeuchter eine hohe Vorheizzeit erforderlich.This humidifier will only function safely if the water level in the evaporation chamber is set sufficiently high. Otherwise there is a risk that no water will flow into the evaporation chamber even if the device is tilted slightly. This means that this humidifier also requires a long preheating time.
Der gemeinsame Nachteil aller bekannten beheizbaren Atemluftbefeuchter besteht darin, dass eine Erwärmung des gesamten Wasservorrates möglich ist. Das ist aus hygienischer Sicht bedenklich und bringt Nachteile im Betrieb, da eine lange Vorheizzeit eingeplant werden muß. Außerdem ist der Wirkungsgrad kleiner, wodurch das Stromversorgungsteil insbesondere bei einem Kleinspannungsbetrieb des Heizelementes einen höheren Aufwand erfordert.The common disadvantage of all known heated respiratory humidifiers is that it is possible to heat the entire water supply. This is questionable from a hygienic point of view and has disadvantages in operation, as a long preheating time must be planned. In addition, the efficiency is lower, which means that the power supply part requires more effort, especially when the heating element is operated at low voltage.
Allgemein nachteilig ist die ungünstige Handhabung von Befeuchtern, deren Wasserbehälter von unten befüllt werden. Nach dem Befüllen erfordert das Umdrehen in die Gebrauchslage einiges Geschick, wenn das Wasser nicht verschüttet oder in großer Menge infolge vorübergehender Schräglage in die Verdunstungskammer laufen soll.A general disadvantage is the inconvenient handling of humidifiers whose water tanks are filled from below. After filling, turning the humidifier over into the position for use requires a certain amount of skill if the water is not to be spilled or run into the evaporation chamber in large quantities due to a temporary tilt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Luftbefeuchter zu schaffen, der eine Erwärmung des Wasservorrates ausschließt, der kurze Zeit nach dem Einschalten seine volle Befeuchterleistung zeigt und unkompliziert in der Handhabung ist.The invention is therefore based on the object of creating a generic humidifier which excludes heating of the water supply, which shows its full humidification performance shortly after switching on and which is uncomplicated to handle.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the characterizing features of claim 1.
Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 15.Further design options arise from subclaims 2 to 15.
Die Erfindung beseitigt die Nachteile des Standes der Technik. Mit einer Tropfstrecke zwischen Wasserbehälter und Verdunstungskammer wird erreicht, daß eine Zirkulation erwärmten Wassers in den höher gelegenen Wasserbehälter nicht möglich ist. Eine Erwärmung des Wasservorrats durch Wasseraustausch mit bereits in der Verdunstungskammer erwärmtem Wasser ist damit unterbunden.The invention eliminates the disadvantages of the prior art. A drip path between the water tank and the evaporation chamber ensures that the circulation of heated water into the higher water tank is not possible. This prevents the water supply from being heated by exchanging water with water that has already been heated in the evaporation chamber.
Mit dem konstruktiv festgelegten Höhenunterschied zwischen Tropfdüse und Luftdüse wird ein vom Füllstand unabhängiges stets konstantes Druckgefälle hergestellt. Diese Druckdifferenz reicht für ein sicheres Austropfen des Wassers völlig aus. Der Sog im Luftschacht ist jedoch klein und nicht imstande, den Wasserspiegel in der Verdunstungskammer nennenswert anzusaugen. Dadurch ist eine recht präzise Regulierung des Wasserspiegels in der Verdunstungskammer mit der Höhe der Öffnung des Luftschachtes in der Verdunstungskammer möglich. Das Luftvolumen im Luftschacht unterbindet eine Wärmeübertragung duch Wärmeleitung von der Verdunstungskammer in den Wasservorrat sehr wirkungsvoll. Die Unterbindung jeglicher Zirkulation verhindert außerdem eine Verschmutzung des Wasserbehälters von innen.The structurally determined height difference between the drip nozzle and the air nozzle creates a constant pressure drop that is independent of the fill level. This pressure difference is sufficient for the water to drip out safely. However, the suction in the air shaft is small and is not able to draw up the water level in the evaporation chamber to any significant extent. This makes it possible to regulate the water level in the evaporation chamber very precisely using the height of the air shaft opening in the evaporation chamber. The air volume in the air shaft very effectively prevents heat transfer by conduction from the evaporation chamber to the water supply. Preventing any circulation also prevents the water tank from becoming dirty from the inside.
Infolge der recht präzisen Regulierung des Wassespiegels kann der Wasserstand in der Verdunstungskammer klein gehalten werden. Dadurch ist der Befeuchter nach einigen zehn Sekunden betriebsbereit.Thanks to the very precise regulation of the water level, the water level in the evaporation chamber can be kept low. This means that the humidifier is ready for use after a few tens of seconds.
Vorteilig ist die praktische Handhabung, da der Befeuchter lediglich aus zwei Teilen bestehen kann, dem Wasserbehälter und dem Verschlußelement. Der Zusammenbau ist dadurch äußerst einfach. Die engen Düsenöffnungen verhindern, daß eine größere Menge Wasser in kurzer Zeit aus dem Vorratsbehälter in die Verdunstungskammer laufen kann, wenn beispielsweise das Umdrehen des von unten befüllten Wasserbehälters nicht schnell genug erfolgt, oder nach dem Umdrehen der Befeuchter noch einige Zeit schräg gehalten wird.The practical handling is an advantage, as the humidifier can consist of just two parts, the water container and the closure element. This makes assembly extremely simple. The narrow nozzle openings prevent a large amount of water from running out of the storage container into the evaporation chamber in a short space of time, for example if the water container filled from below is not turned over quickly enough, or if the humidifier is held at an angle for some time after being turned over.
Die Beheizung der Heizplatte mit der Verlustleistung eines Leistungstransistors hat den Vorteil, daß der Transistor gleichzeitig als Temperatursensor eingesetzt werden kann. Zu diesem Zweck muß bei abgeschaltetem Betriebsstrom des Transistors seine Basis-Emitter-Flussspannung gemessen werden, was automatisierbar ist. Diese Spannung ist linear von der Temperatur abhängig und kann deshalb zur Steuerung der Befeuchtertemperatur benutzt werden. Leistungstransistoren vertragen problemlos Dauertemperaturen bis zu 150 0C, sind also zur Erwärmung von Wasser ideal geeignet. Wird die Temperatur von 150 0C erreicht, so ist das ein Zeichen dafür, daß der Wasservorrat aufgebraucht ist und die Elektronik kann den Befeuchter bis zum nächsten Befüllvorgang total abschalten. Dadurch und durch die verdeckt angeordnete Heizplatte wird eine Unfallgefahr durch Verbrennungen nahezu beseitigt.Heating the heating plate with the power loss of a power transistor has the advantage that the transistor can also be used as a temperature sensor. To do this, the base-emitter forward voltage of the transistor must be measured when the operating current is switched off, which can be automated. This voltage is linearly dependent on the temperature and can therefore be used to control the humidifier temperature. Power transistors can easily withstand continuous temperatures of up to 150 0 C, making them ideal for heating water. If the temperature reaches 150 0 C, this is a sign that the water supply has been used up and the electronics can switch off the humidifier completely until the next filling process. This and the concealed heating plate virtually eliminate the risk of accidents caused by burns.
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Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel nähert erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:
Fig. 1: Den Wasserbehälter in vornFig. 1: The water tank in front
Fig. 2: Den Wasserbehälter von untenFig. 2: The water tank from below
Fig. 3: Das Verschlußelement von vornFig. 3: The locking element from the front
Fig. 4: Das Verschlußelement von obenFig. 4: The closure element from above
Fig. 5: Eine Kombination von Sperre und TasteFig. 5: A combination of lock and button
Fig. 6: Ein Schema für den Anbau an ein BeatmungsgerätFig. 6: A diagram for attachment to a ventilator
Fig. 7: Den Befeuchter im QuerschnittFig. 7: The humidifier in cross section
Fig. 8: Den Befeuchter im LängsschnittFig. 8: The humidifier in longitudinal section
Wie die Figuren 1 bis 4 und 7 und 8 zeigen, besteht der Luftbefeuchter aus einem Wasserbehälter 1 und einem Verschlußelement 27. Der Wasserbehälter 1 besitzt ein prismatisches Gehäuse, das in seiner Grundform zweckmäßigerweise auf die Form und die Abmessungen des Gehäuses 43 des Beatmungsgerätes abgestimmt ist. In dieser flachen Grundform, wobei durchaus auch eine zylindrische Form denkbar wäre, weist der Wasserbehälter 1 eine große vordere Seitenfläche 2, eine große hintere Seitenfläche 3, zwei weiter auseinander liegende kleinere Seitenflächen 4, sowie eine Deckelfläche 5 und eine Bodenfläche 6 auf, die zusammen eine wasserführende Kammer 7 umschließen. Die Bodenfläche 6 hat einen zylindrischen Zentralstutzen 9, der einen Dichtring 8 trägt. Auf dem Querschnitt des Zentralstutzens 9 sind in verschiedenen Flächenebenen Durchbrüche angeordnet. So münden in einer Ebene zwei gegenüberliegende kreissegmentförmige Öffnungen, eine Luftausströmungsöffnung 24 und eine Lufteinströmungsöffnung 10.As shown in Figures 1 to 4 and 7 and 8, the humidifier consists of a water tank 1 and a closure element 27. The water tank 1 has a prismatic housing, the basic shape of which is suitably matched to the shape and dimensions of the housing 43 of the ventilator. In this flat basic shape, although a cylindrical shape would also be conceivable, the water tank 1 has a large front side surface 2, a large rear side surface 3, two smaller side surfaces 4 that are further apart, as well as a cover surface 5 and a base surface 6, which together enclose a water-carrying chamber 7. The base surface 6 has a cylindrical central nozzle 9 that carries a sealing ring 8. Openings are arranged on the cross-section of the central nozzle 9 in different surface planes. Two opposite circular segment-shaped openings, an air outflow opening 24 and an air inflow opening 10, open into one plane.
Auf dem dazwischen liegenden Flächenstück sind drei weitere Öffnungen angeordnet, eine Befüllöffnung 11, die nach dem Befüllen mit einer Kappe 12 verschlossen wird, eine enge Tropfdüse 13 und eine enge Luftdüse 14. Luftdüse 14 und Tropfdüse 13 befinden sich auf unterschiedlichen Querschnittsebenen des Zentralstutzens 9. In Gebrauchslage gesehen liegt die Tropfdüse 13 tiefer als die Luftdüse 14. Außerdem mündet die Luftdüse 14 mit ihrer unteren Seite in einen Luftschacht 15, der im Beispiel als unten offener Zylinder ausgeführt ist und bis in die Höhe des Wasserspiegels 40 in der Verdunstungskammer 16 reicht.Three further openings are arranged on the surface piece in between, a filling opening 11, which is closed with a cap 12 after filling, a narrow drip nozzle 13 and a narrow air nozzle 14. Air nozzle 14 and drip nozzle 13 are located on different cross-sectional levels of the central nozzle 9. In the position of use, drip nozzle 13 is lower than air nozzle 14. In addition, air nozzle 14 opens with its lower side into an air shaft 15, which in the example is designed as a cylinder open at the bottom and reaches up to the height of the water level 40 in evaporation chamber 16.
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In einer Variante ist auch denkbar, den Luftschacht 15 gemeinsam mit der Luftdüse 14 abnehmbar auszuführen. Im abgenommenen Zustand würde dann eine Öffnung entstehen, durch die die wasserführende Kammer 7 befüllt werden kann. Eine gesonderte Befüllöffnung 11 mit einer Kappe 12 kann dann entfallen. Der Wasserbehälter 1 besitzt auf seiner hinteren großen Seitenfläche 3 einen Lufteingangsstutzen 17 für den Anschluß an das Beatmungsgerät. Der Lufteingangsstutzen 17 ist über einen im Innern des Wasserbehälters 1 verlaufenden Lufteinströmungskanal 18 mit der Lufteinströmungsöffnung 10 im Zentralstutzen 9 verbunden. Auf dem Lufteingangsstutzen 17 ist ein Widerhaken 19 angebracht, der beim Ansetzen des Luftbefeuchters an das Beatmungsgerät in eine Sperre 20 einrastet.In one variant, it is also conceivable to make the air shaft 15 removable together with the air nozzle 14. When removed, an opening would then be created through which the water-carrying chamber 7 can be filled. A separate filling opening 11 with a cap 12 can then be omitted. The water tank 1 has an air inlet nozzle 17 on its large rear side surface 3 for connection to the ventilator. The air inlet nozzle 17 is connected to the air inlet opening 10 in the central nozzle 9 via an air inlet channel 18 running inside the water tank 1. A barb 19 is attached to the air inlet nozzle 17, which engages in a lock 20 when the humidifier is attached to the ventilator.
Auf seiner vorderen großen Seitenfläche 2 besitzt der Wasserbehälter 1 einen Luftausgangsstutzen 21 für den Anschluß des Atemschlauches des Patienten. Der Luftausgangsstutzen 21 ist über einen im Innern des Wasserbehälters 1 verlaufenden Luftausströmungskanal 23 mit der Luftausströmungsöffnung 24 im Zentralstutzen 9 verbunden.On its large front side surface 2, the water tank 1 has an air outlet connection 21 for connecting the patient's breathing tube. The air outlet connection 21 is connected to the air outlet opening 24 in the central connection 9 via an air outlet channel 23 running inside the water tank 1.
Die Bodenfläche 6 des Wasserbehälters 1 ist mit zwei Halteriegeln 25 ausgerüstet, die vorzugsweise gegenüberliegend zu beiden Seiten des Zentralstutzens 9 angeordnet und so beschaffen sind, daß sie in entsprechende Gleitbahnen 26 im Verschlußelement 27 eingreifen und bei einer Drehbewegung Wasserbehälter 1 und Verschlußelement 27 zusammenziehen und sicher zusammenhalten.The bottom surface 6 of the water tank 1 is equipped with two retaining bars 25, which are preferably arranged opposite one another on both sides of the central nozzle 9 and are designed in such a way that they engage in corresponding slideways 26 in the closure element 27 and, during a rotary movement, pull the water tank 1 and the closure element 27 together and hold them securely together.
Das Verschlußelement 27 ist als Deckel ausgebildet, mit einer oberen Deckelfläche 28 und einem unteren Hohlraum 33. In die obere Deckelfläche 28 ist eine zylindrische Ausnehmung 29 eingearbeitet, die eine Grundfläche 30 besitzt, die mit ihrem Innendurchmesser auf den Außendurchmesser des Zentralstutzens 9 abgestimmt ist.The closure element 27 is designed as a lid, with an upper lid surface 28 and a lower cavity 33. A cylindrical recess 29 is incorporated into the upper lid surface 28, which has a base surface 30, the inner diameter of which is matched to the outer diameter of the central nozzle 9.
Alternativ ist auch die Ausführung des Zentralstutzens 9 als Innenstutzen in einer Ausnehmung in der Bodenfläche 6 des Wasserbehälters 1 denkbar. In diesem Fall müsste die Deckelfläche 28 um die Ausnehmung 29 herum einen Kragen tragen, der beispielsweise mit einem Dichtring 8 versehen in die entsprechende Ausnehmung im Wasserbehälter 1 ragt. In einer weiteren Ausführundsform ist denkbar, daß die Bodenfläche 6 des Wasserbehälters 1 und die obere Deckelfläche 28 des Verschlußelementes 27 flach und dichtend gegeneinander gelegt sind. Die Verdunstungskammer 16 ist dann in gegenüberliegenden Ausnehmungen sowohl imAlternatively, the central nozzle 9 can be designed as an internal nozzle in a recess in the bottom surface 6 of the water tank 1. In this case, the cover surface 28 would have to have a collar around the recess 29, which, for example, is provided with a sealing ring 8 and projects into the corresponding recess in the water tank 1. In a further embodiment, it is conceivable that the bottom surface 6 of the water tank 1 and the upper cover surface 28 of the closure element 27 are laid flat and sealed against each other. The evaporation chamber 16 is then in opposite recesses in both the
Verschlußelement 27 als auch im Wasserbehälter 1 als Zusatzvolumen im Zentralstutzen 9 ausgebildet.Closure element 27 as well as in the water tank 1 as additional volume in the central nozzle 9.
Mit der Tiefe der Ausnehmung 29 wird die Größe der Verdunstungskammer 16 festgelegt. Die Grundfläche 30 der zylindrischen Ausnehmung 29 ist als Heizfläche 31 ausgebildet und zweckmäßigerweise ganz und gar die Oberfläche einer Heizplatte 32. Diese sollte aus einem gut Wärme leitenden und oben mit einer Antihaftschicht versehenem Metall bestehen. Im unteren Hohlraum 33 des Verschlußelementes 27 ist das Heizelement 42 und die elektronische Steuervorrichtung 34 des Befeuchters untergebracht. Damit bei ausgeschaltetem Beatmungsgerät oder bei abgenommenem Befeuchter die Temperatureinstellung oder andere einstellbare Betriebsparameter nicht verloren gehen, enthält die elektronische Steuervorrichtung 34 eine elektrische Energiequelle 35, vorzugsweise ein Lithium-Element zur Speicherung der zuletzt eingespeicherten Betriebsparameter.
Als Heizelement 42 kommt vorzugsweise ein Leistungstransistor 36 zur Anwendung, der als elektrischer Ballast betrieben mit seiner Verlustleistung die Heizplatte 32 heizt. Beim Einsatz eines Bipolartransistors kann dessen Basis-Emitter-Diode gleichzeitig als Temperatursensor für die Steuerung der Ein- und Ausschaltung des Heizelementes 42 genutzt werden.
Auf der Sichtseite des Verschlußelementes 27 befinden sich die erforderlichen Bedienelemente 37 der elektronischen Steuervorrichtung, u. a. zur Einstellung des gewünschten Befeuchtungsgrades. Auf der Rückseite des Verschlusselementes 27 sind die elektrischen Kontakte 38 zum Anschluss des Befeuchters an das Beatmungsgerät angebracht. Zweckmäßigerweise sind die elektrischen Kontakte 38 eine Kombination aus einer Druckfeder und einer Kontaktplatte, wobei die Druckfedern im Verschlusselement 27 und die Kontaktplatten am Gehäuse 43 des Beatmungsgerätes angebracht sind. Das Trennen und Schließen der elektrischen Kontakte 38 ist bei dieser Kontaktart durch einfaches Aufsetzen des Befeuchters an das Beatmungsgerät möglich.
Die Figuren 5 und 6 zeigen, wie der Befeuchter an einem Beatmungsgerät befestigt werden kann. Die Sperre 20 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen Kunsstoffstreifen, der einen ellipsenförmigen Durchbruch aufweist. Wenn der Lufteingangsstutzen 17 des Wasserbehälters 1 durch diese Durchbruchsöffnung geführt wird, dann verformt der Widerhaken 19 die Ellipsenöffnung in die Richtung einer Kreisform. Gleichzeitig werden Luftanschlußstutzen 22 und LufteingangsstutzenThe depth of the recess 29 determines the size of the evaporation chamber 16. The base area 30 of the cylindrical recess 29 is designed as a heating surface 31 and is expediently the entire surface of a heating plate 32. This should consist of a metal that conducts heat well and has a non-stick coating on top. The heating element 42 and the electronic control device 34 of the humidifier are housed in the lower cavity 33 of the closure element 27. So that the temperature setting or other adjustable operating parameters are not lost when the ventilator is switched off or when the humidifier is removed, the electronic control device 34 contains an electrical energy source 35, preferably a lithium cell for storing the last stored operating parameters.
A power transistor 36 is preferably used as the heating element 42, which operates as an electrical ballast and heats the heating plate 32 with its power loss. When using a bipolar transistor, its base-emitter diode can simultaneously be used as a temperature sensor for controlling the switching on and off of the heating element 42.
The required operating elements 37 of the electronic control device are located on the visible side of the closure element 27, for example for setting the desired degree of humidification. The electrical contacts 38 for connecting the humidifier to the ventilator are attached to the back of the closure element 27. The electrical contacts 38 are expediently a combination of a compression spring and a contact plate, with the compression springs being attached to the closure element 27 and the contact plates to the housing 43 of the ventilator. With this type of contact, the electrical contacts 38 can be separated and closed by simply placing the humidifier on the ventilator.
Figures 5 and 6 show how the humidifier can be attached to a ventilator. The barrier 20 preferably consists of a flexible plastic strip which has an elliptical opening. When the air inlet nozzle 17 of the water container 1 is guided through this opening, the barb 19 deforms the elliptical opening in the direction of a circle. At the same time, the air connection nozzle 22 and the air inlet nozzle
17, zweckmäßigerweise unter Verwendung einer Flachdichtung 39 luftdicht zusammengekoppelt. Sobald der Widerhaken 19 den Durchbruch passiert hat, springt die Öffnung wieder in Ellipsenform zurück und hält den Befeuchter zuverlässig und bündig an seinem Stutzen fest. Ein Abnehmen des Befeuchters erfolgt durch Betätigen der Drucktaste 41. Dadurch nimmt die ellipsenförmige Durchbruchsöffnung wieder eine Kreisform an und der Widerhaken 19 kann zum Abnehmen des Befeuchters durch die Öffnung zurückgleiten.17, preferably coupled together in an airtight manner using a flat seal 39. As soon as the barb 19 has passed through the opening, the opening springs back into an elliptical shape and holds the humidifier reliably and flush against its connection piece. The humidifier can be removed by pressing the push button 41. This causes the elliptical opening to return to a circular shape and the barb 19 can slide back through the opening to remove the humidifier.
Zur Bedienung muss der Atemschlauch vom Luftausgangsstutzen 21 abgezogen und nach Ducken der Drucktaste 41 der gesamte Befeuchter, der aus den noch im Eingriff befindlichen Teilen Wasserbehälter 1 und Verschlusselement 27 besteht, vom Beatmungsgerät abgenommen werden.To operate, the breathing tube must be removed from the air outlet nozzle 21 and, after pressing the push button 41, the entire humidifier, which consists of the parts water tank 1 and closure element 27 that are still in engagement, must be removed from the ventilator.
Der Luftbefeuchter wird dann um 180 Grad gedreht, damit sich das Verschlusselement 27 oben befindet. Durch Verdrehen des Verschlusselementes 27 gegenüber dem Wasserbehälter 1 nach links geraten beide Teile außer Eingriff und heben sich gleichzeitig voneinander ab, wodurch der Dichtring 8 des Zentralstutzens 9 aus der Ausnehmung 29 im Verschlusselement 27 herausgleitet.The humidifier is then rotated by 180 degrees so that the closure element 27 is at the top. By turning the closure element 27 to the left relative to the water tank 1, both parts become disengaged and simultaneously lift off from each other, causing the sealing ring 8 of the central nozzle 9 to slide out of the recess 29 in the closure element 27.
Das Verschlusselement 27 könnte jetzt auch gereinigt werden. Nach Abnehmen der Kappe 12 von der Befüllöffnung 11 kann die wasserführende Kammer 7 mit Wasser aufgefüllt werden. Nach dem Auffüllvorgang wird die Kappe 12 wieder aufgesetzt.The closure element 27 can now also be cleaned. After removing the cap 12 from the filling opening 11, the water-carrying chamber 7 can be filled with water. After the filling process, the cap 12 is replaced.
Anschließend wird das Verschlusselement 27 so aufgesetzt, dass die Halteriegel 25 in die Gleitbahnen 26 eingreifen und so verdreht, dass Verschlusselement 27 und Wasserbehälter 1 wieder bündig gegenüberstehen. Nun kann der Befeuchter wieder um 180 Grad umgedreht werden, bis der Wasserbehälter 1 oben und das Verschlusselement 27 unten ist und auf das Beatmungsgerät aufgesetzt werden.The closure element 27 is then placed in such a way that the retaining bars 25 engage in the slideways 26 and is rotated so that the closure element 27 and the water tank 1 are again flush with each other. The humidifier can now be turned 180 degrees again until the water tank 1 is at the top and the closure element 27 is at the bottom and placed on the ventilator.
Durch leichten Druck rastet der auf dem Lufteingangsstutzen 17 befindliche Widerhaken 19 hinter die Sperre 20 ein, was auch hörbar sein sollte. Damit ist infolge der ausgeführten Druckkontaktvorrichtung auch gleichzeitig die elektrische Kontaktgabe hergestellt. Nach Aufschieben des Atemschlauches auf den Luftausgangsstutzen 21 ist die Gerätekombination betriebsbereit.By applying light pressure, the barb 19 on the air inlet connector 17 snaps into place behind the lock 20, which should also be audible. This simultaneously establishes electrical contact due to the pressure contact device. After pushing the breathing tube onto the air outlet connector 21, the device combination is ready for use.
Die Funktion des Befeuchters zeigen die Figuren 7 und 8. Während des Betriebes tropft das Wasser aus der Tropfdüse 13 und gelangt im freien Fall auf die Heizplatte 32 am Boden der Verdunstungskammer 16. Für das austropfende Wasser strömt Luft, aus der Verdunstungskammer 16 in den Luftschacht 15, von dort in die Luftdüse 14 und perlt in der wasserführenden Kammer 7 nach oben. Der Tropfvorgang verlangsamtFigures 7 and 8 show the function of the humidifier. During operation, the water drips from the drip nozzle 13 and falls freely onto the heating plate 32 at the bottom of the evaporation chamber 16. Air flows from the evaporation chamber 16 into the air shaft 15 for the dripping water, from there into the air nozzle 14 and bubbles upwards in the water-carrying chamber 7. The dripping process slows down
sich, sobald der Wasserspiegel 40 in der Verdunstungskammer 16 den Rand des unten offenen Luftschachtes 15 erreicht. Im Luftschacht 15 kann der Wasserspiegel dann nur noch geringfügig über den mittleren Wasserspiegel 40 in der Verdunstungskammer 16 steigen da die Saugkraft nur vom geringen Höhenunterschied von Tropfdüse 13 und Luftdüse 14, vermindert um die Adhäsionskräfte innerhalb der Düsen, nicht aber mehr von der Füllhöhe in der wasserführenden Kammer 7 abhängt. Für den Anstieg des Wasserspiegels im Luftschacht 15 über den Wasserspiegel 40 in der Verdunstungskammer 16 sollte ein Richtwert von 1 bis maximal 2 mm gelten. Sobald dieser Richtwert erreicht ist, endet das Austropfen von Wasser aus der Tropfdüse 13.as soon as the water level 40 in the evaporation chamber 16 reaches the edge of the air shaft 15, which is open at the bottom. In the air shaft 15, the water level can then only rise slightly above the middle water level 40 in the evaporation chamber 16, since the suction power only depends on the small difference in height between the drip nozzle 13 and the air nozzle 14, less the adhesion forces within the nozzles, but no longer on the filling level in the water-bearing chamber 7. A guideline value of 1 to a maximum of 2 mm should apply for the rise of the water level in the air shaft 15 above the water level 40 in the evaporation chamber 16. As soon as this guideline value is reached, the dripping of water from the drip nozzle 13 stops.
Die Heizeinrichtung, bestehend aus dem Heizelement 42, das mit der Heizplatte 32 verbunden ist, erwärmt das Wasser in der Verdunstungskammer 16 und die durchströmende Atemluft nimmt den entstehenden Wasserdampf mit. Für das erwärmte Wasser besteht keine Möglichkeit, in den Vorratsbehälter zurück zu gelangen, denn die Tropfstrecke funktioniert nur in einer Richtung. Durch das relativ kleine Druckgefälle entsteht nur ein geringfügiger Sog im Luftschacht 15 und damit eine genügend große wärmeisolierende Luftsäule zwischen Wasserbehälter 1 und erwärmtem Wasserspiegel 40 in der Verdunstungskammer 16.The heating device, consisting of the heating element 42, which is connected to the heating plate 32, heats the water in the evaporation chamber 16 and the breathing air flowing through it takes the resulting water vapor with it. There is no way for the heated water to return to the storage container because the drip path only works in one direction. Due to the relatively small pressure gradient, only a slight suction is created in the air shaft 15 and thus a sufficiently large heat-insulating air column between the water container 1 and the heated water level 40 in the evaporation chamber 16.
Wenn der Wasserspiegel 40 in der Verdunstungskammer 16 um 1 mm bis 2 mm sinkt, dann wird der untere Rand des Luftschachtes 15 wieder frei. Dadurch kann wieder Luft durch die Luftdüse 14 in die Wasserkammer gelangen und folglich auch wieder Wasser aus der Tropfdüse 13 austropfen.If the water level 40 in the evaporation chamber 16 drops by 1 mm to 2 mm, the lower edge of the air shaft 15 becomes free again. This allows air to flow into the water chamber through the air nozzle 14 and consequently water to drip out of the drip nozzle 13 again.
35 elektrische Energiequelle35 electrical energy source
36 Leistungstransistor36 Power transistor
37 Bedienelemente37 Controls
38 elektrischer Kontakt38 electrical contact
39 Flachdichtung39 Flat gasket
40 Wasserspiegel (in der Verdunstungskammer)40 Water level (in the evaporation chamber)
41 Drucktaste41 Push button
42 Heizelement42 Heating element
43 Gehäuse (des Beatmungsgerätes)43 Housing (of the ventilator)
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